DE3321874A1

DE3321874A1 - Verfahren zur beruehrungslosen, emissionsgradunabhaengigen strahlungsmessung der temperatur eines objekts und vorrichtung zur durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE3321874A1
Application number: DE3321874A
Authority: DE
Inventors: Volker Dipl.-Ing. 8031 Eching Tank
Original assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Current assignee: Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Priority date: 1983-06-16
Filing date: 1983-06-16
Publication date: 1984-12-20

Description

Anwaltsakte: DFV-1345

Verfahren zur berührungslosen, emissionsgradunabhängigen Strahlungsmessung der Temperatur eines Objekts und Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur berührungslosen, emissionsgradunabhängigen Strahlungsmessung der Temperatur eines Objekts nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. Hierbei kann die Strahlungsmessung der Temperatur eines natürlichen oder künstlichen Objekts im infraroten und/oder sichtbaren Bereich (beispielsweise bei Gluttemperaturen) erfolgen.

Berührungslsoe Strahlungsmessungen dieser Art finden beispielsweise in der Verfahrenstechnik Anwendung, wenn die Qualität der erzeugten Produkte sehr stark von dem Einhalten bestimmter Temperaturen oder Temperaturabläufe bei der Fertigung abhängt. Beispiele hierfür sind das Brennen hochgenauer Keramikteile, das Schmelzen von Legierungen oder das Zonenziehen zur Dotierung von Halbleitermaterialien. Dabei besteht jedoch die Schwierigkeit, daß nur die scheinbare Temperatur des Objekts und nicht die tatsächliche Temperatur des Objekts gemessen werden kann, falls dessen Emissionsgrad nicht bekannt ist. Bei der Strahlungsmessung wird nämlich die Summe von zwei Strahlungskomponenten gemessen: die entsprechend seiner Temperatur und seinem Emissionsgrad S. vom Objekt ausgesandte Eigenstrahlung und die entsprechend seinem Reflexionsgrad ρ an ihm reflektierte Umgebungsstrahlung

^J 0

(entsprechend der Umgebungstemperatur). (Es wird angenommen, daß die Strahlungs-Transmission der Objekte vernachlässigbar ist.)

Es wird deshalb als Nachteil bekannter Verfahren und Vorrichtungen dieser Art angesehen, daß damit der Emissionsgrad

nicht gemessen werden kann, und daher Eigenstrahlungsanteil und reflektierte Strahlung nicht zu trennen sind.

Es sind zwar bereits sogenannte Emissiometer bekannt, mit denen für wissenschaftliche Zwecke in Laboratorien der Emissionsgrad von Materialien gemessen werden kann. Hit derartigen Meßeinrichtungen sind jedoch Messungen unter Realbedingungen nicht ohne weiteres durchführbar, wie sie beispielsweise in der Verfahrenstechnik oder Bautechnik vorliegen. Eine Messung unter Realbedingungen wäre auch deshalb von erheblichem praktischem Interesse, weil damit auch die Einflüsse von Witterung und Alterung auf den Emissionsgrad bestimmt werden könnten.

In der Bautechnik und in der Solartechnik ist die Kenntnis des Emissionsgrads von Materialien und Baustoffen insbesondere deshalb von Bedeutung, weil zum Zwecke von Energieeinsparungen die Strahlungsbilanz von Solarkollektoren oder Gebäuden optimiert werden soll. Ein Solarkollektor soll beispielsweise möglichst viel Stahlung von der Sonne aufnehmen, während ein Wohngebäude oder ein Bürogebäude möglichst wenig Infrarotstrahlung an die Umgebung abgeben soll.

Bei bisher in der Praxis verwendeten Verfahren zur berührungslosen Temperaturmessung finden Radiometer oder Pyrometer Verwendung, die Strahlung in einem relativ breiten Spektralbereich zwischen etwa 3,0 bis 3,5 um oder 8,0 bis Ι4,θμπι integral zu messen. Aus der in dem Spektralbereich integrierten Strahldichte bzw. Strahlstärke wird über eine Eichmessung die scheinbare Temperatur des Objekts bestimmt, weil Messung und Eichung sehr selten unter gleichen geometrischen Bedingungen (Entfernung) stattfinden können, und das Ergebnis der Temperaturbestimmung durch den Transmissionsgrad der Atmosphäre verfälscht wird, wie in Verbindung mit den grafisehen Darstellungen in Fig.1 und 2 noch erläutert werden soll. Wenn der Emissionsgrad des Objekts nicht bekannt ist und von dem Wert 1 abweicht, wird das Ergebnis zusätzlich verfälscht,

COPY

weil es ohne Korrektur nur für einen schwarzen Körper richtig ist, der wie das verwendete Eich-Standard einen Emissionsgrad von 1 aufweist.

In Fig.1 ist auf der Abszisse die Wellenlänge ^l (in Mikrometer) aufgetragen und auf der Ordinate der Transmissionsgrad der Atmosühäre für 10, 50 bzw. 100 m Wellenlänge. In Fig.2 ist auf der Abszisse ebenfalls die Wellenlänge in Mikrometer und auf der Ordinate die spektrale Strahldichte S

—2 —1 —1

(in W CM SR Mikrometer ) aufgetragen. Die Kurven in Fig.2 zeigen die spektrale Strahl dichte bei einem schwarzen Körper ( £ =1) für verschiedene Temperaturen (400, 500, 600, 700/ 800, 900 und 1000 K). Im allgemeinen sind die natürlichen und künstlichen Objekte der Umgebung nicht schwarze, sondern graue Körper, deren Emissionsgrad kleiner als 1 ist. Strahldichtekurven schwarzer und grauer Körper gleicher Temperatur unterschieden sich durch einen konstanten Faktor, den Emissionsgrad £ , wobei der graue Körper wegen seines " geringeren Emissionsgrads eine geringere Strahldichte hat, so daß seine Kurve in der Figur unter der des schwarzen Körpers liegt. Dies bedeutet, daß abhängig vom Emissionsgrad die Strahldichtekurven aller schwarzen und grauen Objekte gleicher Temperatur sich durch den Faktor £ unterscheiden, und daß damit die abgestrahlte Gesamtintensität unterschiedlieh ist und sich aus zwei Komponenten zusammensetzt, deren eine proportional dem Emissionsgrad ist, deren andere von der Umgebungsstrahlung abhängt und proportional dem Reflexionsgrad des Objektes ist.

Ferner ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur berührungslosen Infrarotstrahlungsjnessung der Temperatur eines natürlichen oder eines künstlichen Objektes bekannt, bei welchem die Strahlungsmessung in zwei oder mehr begrenzten Spektralbereichen durchgeführt wird, in welchen der Transmissi.onsgrad der Atmosphäre zumindest annähernd gleich eins (1) ist. Zur Bestimmung der Temperatur und/oder des Emissionsgrades des Objektes wird dann in einem einzigen Meßgang zu den in den

verschiedenen Spektralbereichen gemessenen Intensitäten eine Strahl dichtekurve berechnet, indem durch Iterationsrechnung mit Hilfe des Planck·sehen Strahlungsgesetzes die Temperatur ermittelt wird, die ein schwarzer Körper hat, dessen Strahldichtekurve parallel zu den gemessenen Intensitäten verläuft. Der Emissionsgrad des Objektes kann dann aus dem Verhältnis der gemessenen Intensitäten zu den entsprechenden Intensitäten eines schwarzen Körpers ermittelt werden. (DE OS 31 15 887).

Den vorstehenden Ausführungen ist somit zu entnehmen, daß mit Hilfe der bisher bekannten Verfahren und Einrichtungen nur bei Kenntnis des Emissionsgrades des Meßobjektes und der Umgebungsstrahlung bzw. der Umgebungstemperatur eine eindeutige Temperaturbestimmung möglich ist; außerdem ist die Korrektur des Atmosphäreneinflusses durch Ermittlung des Transmissionsgrades erforderlich. Ferner ist bei den bisher in der Praxis verwendeten Verfahren und Vorrichtungen ein verhältnismäßig großer Aufwand erforderlich.

Aufgabe der- Erfindung ist es daher, ein Verfahren zur berührungslosen, emissionsgradunabhängigen Messung unter möglichst weitgehender Vermeidung der angeführten Nachteile und Schwierigkeiten in der Weise zu verbessern, daß mit geringerem Aufwand eine genauere, berührungslose und emissionsgradunabhängige Messung der Temperatur eines Objektes und gleichzeitig eine Messung seines Emissionsgrades sowie gegebenenfalls auch der Umgebungstemperatur in einem einzigen Meßgang durchführbar ist. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgäbe bei einem Verfahren nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 durch den Gegenstand des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens sind in den Unteransprüchen angegeben.

Mit einem derartigen Verfahren ist es deshalb möglich, nicht nur.eine genauere Messung der tatsächlichen Temperatur des

fr

betreffenden Objektes ohne Kenntnis dessen Emissionsgrad durchzuführen. Ein besonderer Vorteil der Erfindung liegt darin, daß darüber hinaus auch die Bestimmung des Emissionsgrades und der Umgebungstemperatur in einem einzigen Meßvotgang durchführbar ist, so daß weder für die Bestimmung des Emissionsgrades des Objektes noch für die Bestimmung des Transmissionsgrades der Atmosphäre noch für die Bestimmung der Umgebungstemperatur eine zusätzliche Einrichtung erforderlich ist. Bei Abweichungen vom-Transmissionsgrad f= 1 kann jedoch eine entsprechende Korrektur erfolgen. IO

Sollen Objekttemperatur, Emissionsgrad und Umgebungstemperatur bestimmt werden, so sind zur Durchführung des Verfahrens natürlich Messungen in drei begrenzten Spektralbereichen notwendig; ist die Umgebungstemperatur bekannt, so genügen Messungen in zwei Bereichen. Bei dem anhand von Fig.6 nachstehend erläuterten Ausführungsbeispiel wird auf vorteilhafte Weise die Umgebungsstrahlung ermittelt, und es erübrigt sich somit die Kenntnis der Umgebungstemperatur. Die in diesem Ausführungsbeispiel beschriebene Anordnung ist besonders vorteilhaft, wenn die Umgebungsstrahlung keine Schwarz- oder Graukörpercharakteristik hat (beispielsweise bei Messungen im sichtbaren Bereich, wie bei Gluttemperaturen).

Ein weiterer besonderer Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß mit ihr auch Temperatur und Emissionsgrad von Körpern bestimmt werden können, die nicht grau oder schwarz sind, deren Emissionsgrad also wellenlängenabhängig ist. Für diesen Fall sind natürlich Messungen in mehreren begrenzten Wellenlängenbereichen notwendig.

Mit Hilfe dieses Verfahrens kann ferner die Bestimmung der tatsächlichen Temperatur und des Produkts von Emissionsgrad und strahlender Fläche des Objekts erfolgen. Über die Messung der tatsächlichen strahlenden Fläche kann auch in diesem Fall der Emissionsgrad bestimmt werden. Der erste Fall bezieht sich deshalb auf eine Strahldichtemessung, während der zweite sich auf eine Strahlstärkemessung bezieht.

Das Problem des Atmosphäreneinflusses wird bei diesem Verfahren dadurch gelöst, daß eine spektralradiometrische Strahlungsmessung durchgeführt wird, daß also die Strahlung in mehreren definierten, mehr oder weniger schmalen Spektralbereichen gemessen wird. Als Spektralbereiche werden die gewählt, in denen der Transmissionsgrad der Atmosphäre möglichst gleich eins (1) sist. Geeignete Spektralbereiche im infraroten Bereich sind aus Fig.1 ohne weiteres entnehmbar.

Für die Durchführung dse Verfahrens im sichtbaren Bereich ist der gesamte sichtbare Spektralbereich geeignet; es wird dabei natürlich nicht die Umgebungstemperatur ermittelt, sondern eine Temperatur, die aus der sichtbaren Umgebungsstrahlung abgeleitet ist.

Zu den spektralradiometrisch gemessenen Intensitäten von beispielsweise drei Spektralbereichen wird eine Strahldichtekurve durch Iteration entsprechend den nachstehend angeführten Gleichungen (1) bis (3) ermittelt.

Umg, -C₁ ^-

*^Ln,.*	^f *^LT
	^.L„ ¹ObJ, ₂
	£ -L_T Obj, ₃
	gemessene



^₁ ^:

L_M s : gemessene Strahldichte bei der Wellenlänge Λ

L_T : nach Planck berechnete Strahldichte eines

^J 1 schwarzen Körpers der Temperatur T_Q. . bei der

Wellenlänge Λ. >.
35

<f : Emissionsgrad des Objekts

- 10 COPY

L_T : nach Planck berechnete Strahldichte eines

^mg' 1 schwarzen Körpers der Temperatur T„ bei der Wellenlänge Λ. ..

(i"-1)! Reflexionsgrad des Objekts

Es liegen drei Gleichungen vor, aus denen sich die drei unbekannten Größen £ , Tq,-, T„ iterativ bestimmen lassen. Natürlich.wirddurch Messung bei mehr als drei Spektralbereichen (Wellenlängen) das System überbestimmt und damit das Ergebnis genauer (unter Berücksichtigung endlicher Meßgenauigkeiten), oder es ist möglich - im Falle eines nicht grauen oder schwarzen Körpers - den Emissioinsgrad ξ für verschiedene Wellenlängen zu bestimmen. Bei Strahlstärkemessungen ergibt sich die tatsächliche Temperatur und das Produkt von Emissionsgrad und strahlender Fläche. Dur.ch Messung der tatsächlichen strahlenden Fläche kann die Berechnung des Emisssionsgrads erfolgen.

Entsprechend den obigen Ausführungen kann deshalb die tatsächliche Temperatur und der Emissionsgrad, oder aber die tatsächliche Temperatur und das Produkt von Emissionsgrad und strahlender Fläche der Objekte in Quasiechtzeit aus einem Meßgang simultan bestimmt werden. Darüber hinaus ergibt sich in beiden Fällen auch die Umgebungstemperatur.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert. Es zeigen:

Fig.1 und 2 grafische Darstellungen des Transmissionsgrades der Atmosphäre bzw. der spektralen Strahldichte schwarzer Körper in Abhängigkeit von der Wellenlänge;

Fig.3 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung;

- 11 -

Fig.k eine vergrößerte Draufsicht auf einen Modulator für die Ausführungsformen in Fig.3;

Fig.5 eine dem Modulator in Fig.4 zugeordnete, Transmissionsbereiche wiedergebende Tabelle,

und

Fig.6 und 7 Abwandlungen der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig.3.

Bei dem in Fig.3 dargestellten Ausführungsbeispiel wird die von einem Objekt 0 emittierte Infrarotstrahlung vom Teleskop T eines Spektralradiometers gesammelt, umgelenkt und auf · einen Modulator M fokussiert. Im weiteren Strahlengang wird die modulierte Strahlung von einer Feldlinse F auf einen Detektor D fokussiert. Die durch die Strahlung im Detektor erzeugten elektrischen Signale werden in einem Verstärker V verstärkt und von einem Analog-Digitalwandler mit einem Takt digitalisiert, der von dem Modulator M über eine Lichtschranke L abgegriffen und in einer Taktlogik aufbereitet wird. Aus den digitalisierten Meßwerten errechnet ein Mikrorechner durch Iteration über das Planck'sehe Strahlungsgesetz Objekttemperatgur T₀.., Emissionsgrad £ und Umgebungstemperatur Ty . Die tatsächliche Temperatur, der Emissionsgrad und die Umgebungstemperatur können mit Hilfe eines Anzeigegeräts angezeigt weden, sowie gegebenenfalls auch die tatsächlich strahlende Fläche.

Der Mikrorechner verfügt über eine Befehlseingabeeinheit, durch welche Datenübernahme und Iterationsrechnung gestartet werden können. Ebenso kann hier gegebenenfalls die Fläche des Meßobjekts eingegeben werden, oder es können bestimmte, zur Messung verwendete Spektralbereiche vorgewählt werden, wie in Verbindung mit Fig.4 und der Tabelle in Fig.5 näher erläutert werden soll. Die Scheibe des Modulators M rotiert mit konstanter Geschwindigkeit, die der Detektorzeitkonstanten angepaßt ist. Die Scheibe besteht bei dem dargestellten

Ausführungsbeispiel aus 16 gleich großen Kreissegmenten. Dabei handelt es sich abwechselnd um für Strahlung undurchlässige Segmente, die beispielsweise aus Aluminium bestehen, und um Infrarotfilter A bis H oder Filter für sichbare Strahlung, die einen kleineren Radius als die undurchlässigen Segmente aus Aluminium aufweisen. Die Infrarotfilter lassen nur Strahlung in den in der Tabelle in Fig.5 angegebenen Bereichen durch. Dies sind Fig.1 entnehmbare Bereiche höher Transmission der Atmosphäre. Die in der Tabelle freigelassenen Segmente G und H können gegebenenfalls mit weiteren Filtern bestückt werden. Im Sichtbaren sind Filter des ganzen Bereichs geeignet.

Die strahlungsundurchlässigen Segmemnte, die einen größeren Radius als die durchlässigen segmentförmigen. Strahlungsfilter aufweisen, dienen als Modulatoren für die Lichtschranke L. Das Segment zwischen den Filtern D und E ist im Gegensatz zu den übrigen strahlungsundurchlässigen Segmenten derart ausgebildet, daß es statt eines langen Dunkelpulses drei kurze Dunkelpulse liefert. Bei einer Rotation der Scheibe im Uhrzeigersinn ist dieses Segment die Referenz für die Nullposition, d.h. nach Erscheinen der drei Dunkelpulse passiert das Filter A den der Lichtschranke gegenüberliegenden Strahlengang des Spektralradiometes, so daß der Detektor D nur Strahlung von dem Strahlunsgfilter A mit dem in der Tabelle genannten Transmissionsbereich empfängt. Im weiteren Verlauf folgen nacheinander die Bereich der Strahlungsfilter B bis H. Mit Hilfe dieser Taktung und eines Auswahlprogramms im Mikrorechner lassen sich drei beliebige oder bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel bis zu acht Spektralbereiche für die Messung wählen und verwenden.

Entsprechend dem betreffenden Verwendungszweck kann eine an sich beliebige Anzahl von Spektralbereichen für die Messung gewählt werden.

DieModulatorscheibe rotiert kontinuierlich. Die Datenüber-

- 13 -

nähme beginnt nach zeitlich beliebigem Start an der Befehlseingabe immer erst dann, wenn sich das Filter A im Strahlengang befindet. Unmittelbar nach Durchlauf aller Segmente läuft die Iterationsrechnung ab. Dazu kann gegebenenfalls die Umgebungstemperatur auch aus anderer Messung eingegeben werden. Das Ergebnis kann nach wenigen Sekunden auf dem Anzeigegerät angezeigt werden..Die nächste Messung kann dann nach erneutem Start an der Befehlseingabe ausgelöst werden. Beispielsweise für Überwachungsaufgaben ist es auch möglich, durch einmaligen Start sekundenschnell aufeinanderfolgende, quasi kontinuierliche Messungen durchzuführen. Dies kann für eine bestimmte Anzahl von Messungen geschehen, oder bis zu einem Stoppbefehl an der Befehlseingabe. Für solche Fälle wird zusätzlich eine Speichergerät für die Ergebnisse vorgesehen.

Die strahlungsundurchlässigen Segmente des Modulators können beispielsweise zur Erzeugung einer konstanten Signalreferenz verspiegelt sein.

· Das Iterationsprogramm berechnet die Summe der Planck'sehen Strahlunskurven, die durch die Meßwerte verläuft, und gibt Emissionsgrad, Objekttemperatur und Umgebungstemperatur zur Anzeige. Handelt es sich um eine Strahlstärkemessung, so wird das Produkt aus Fläche und Emissionsgrad angezeigt. Ist die Fläche bekannt, so läßt sich daraus der Emissionsgrad errechnen.

In Abwandlung der beschriebenen Ausführungsform ist es auch möglich, andere Spektralradiometer zu verwenden, weniger oder mehr, oder andere als die beschriebenen Spektralbereiche auszuwählen. Ebenso können die Meßwerte auch anders gespeichert und später in den Rechner eingegeben werden. Da im allgemeinen lediglich ein kleiner Mikrorechner erforderlich ist, ergibt sich ferner der Vorteil, daß die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung als tragbares Gerät gestaltet werden kann, das breite und wirtschaft-

- 14 COPY

liehe Anwendungsmöglichkeiten eröffnet.

Eine mögliche Abwandlung der beschriebenen Ausführungsform ist in Fig.6 dargestellt.
5

In diesem Fall wird durch die zwei möglichen Stellungen des Umlenkspiegels ULS entweder die Strahlung des Objekts oder die der ihm gegenüberliegenden Umgebung in das Meßgerät gelenkt. Während in diesem Fall zwei identische Messungen in jeweils den gleichen Spektralbereichen durchgeführt werden (nämlich des Objekts und der Umgebung), verläuft hier die Iterations rechnung unter folgender Abwandlung der Gleichungen (1) und (2)

L„ ist zu ersetzen durch L_M mit ¹ ^

L_M : gemessene Strahldichte ader Umgebung bei der Wellen-^Um^ länget .

In diesem Fall ist gegebenenfalls das Gleichungssystem für nur zwei unbekannte Größen zu lösen, nämlich für Tq. . und<f.

Eine weitere mögliche Abwandlung der beschriebenen Ausführungsform ist in Fig.7 dargestellt. In diesem Fall befindet sich am Gerät (vor dessen Eintrittsöffnung) ein innen schwar zerTubus TUB (wobei "innen schwarz" bedeutet, daß der Emissioinsgrad der Innenwände gleich eins ist); der Tubus TUB ist so zu gestalten, daß er (mit dem Gerät) sehr nahe (mögliehst auf Millimeter) an das jeweils zu messende Objekt herangeführt werden kann. Für Messungen an Walzen beispielsweise müßte der Tubus an seinem freien Ende dem jeweiligen Walzenradius entsprechend kreisförmig ausgeschnitten sein. Durch den Tubus wird erreicht, daß auf das Meßobjekt eine homogene Umgebungsstrahlung (nämlich von Tubus und Meßgerät) fällt. Besonders bei Objekten mit kleinem Emissionsgrad und in thermisch inhomogener Umgebung (in der Umgebung von bei-

- 15 -

spielsweise mehreren unterschiedlich warmen Objekten) ist diese Ausführungsform geeignet, die Genauigkeit der Messung zu steigern.

Anstelle der Verwendung eines Tubus ist es auch möglich, das ganze Meßgerät mit einem zusätzlichen (innen schwarzen) Gehäuse zu umgeben, welches in der Sichtlinie des Geräts eine der Meßgeräteoptik und dem Meßobjekt angepaßte Öffnung hat. In diesem Fall ist wiederum die Verwendung eines Umlenkspiegels zur Messung der Gehäuseinnenstrahlung möglich.

■ .

Bei allen Anwendungsformen, die den Umlenkspiegel ULS verwenden, ist es möglich, dessen Antrieb so auszubilden, daß er in kurzen, diskreten Schritten gekippt werden kann, wodurch die Strahlung aus verschiedenen Umgebungsrichtungen gemessen werden kann (Abtasten der Umgebung), was für thermisch inhomogene Umgebungen von Vorteil, sein kann. Diese Abtastung kann gegebenenfalls sowohl in vertikaler als auch in horizontaler Richtung erfolgen.

Auch ist es möglich, die Umgebungsstrahlung über eine Immersionslinse dem Detektor zuzuführen, wodurch die Strahlung des ganzen,dem Objekt gegenüberliegenden Halbraums erfaßt wird.

Wenn technisch möglich/ kann die Messung der Umgebungstemperatur natürlich auch mit berührenden Temperaturmeßfühlern erfolgen.

In thermisch inhomogener Umgebung können ferner über entsprechend viele Messungen bei diskreten Wellenlängen die Temperatur und der Emissionsgrad verschiedener Objekte der Umgebung ermittelt werden.

Ende der Beschreibung
35

Claims

DIPL.-!NG. A. ν. KIRSCHBAUM. . : : i". . "I *! qermering. '»-&

PATENTANWALT -⁷-"--" """""^ * HERMANN-EHLERS-STR. 21 a

TELEFON MÜNCHEN 8411046

Anwaltsakte: DFV-1345

Deutsche Forschungs- und Versuchsanstalt für Luft und Raumfahrt e.V. 5000 Köln

Patentänspr üc-he

'Verfahren zur berührungslosen, emissionsgradunabhängigen Strahlungsmessung der Temperatur eines Objektes, bei welchem Verfahren in mehreren Wellenlänqenbereichen im Sichtbaren und/oder Infraroten Strähldichten oder -stärken erfaßt werden, und aus einer Reihe von mindestens zwei Strahldichten oder -stärken eine Strahlungs-Uellenlängenkurve gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die dieser Kurve ähnlichste Kurve mit Hilfe des Planck'sehen Strahlungsgesetzes als Summe der Strahldichte (-stärke) eines Strah- ' lers mit der Temperatur und dem Emissionsgrad des Objektes und der Strahldichte (-stärke) eines Strahlers mit der Temperatur der Umgebung, reflektiert am Objekt mit dem Reflexionsgrad ο - 1 -£ (eins minus Emissionsgrad) gesucht wird, und daß

die der für das Objekt gefundenen Planck'sehen Kurve entsprechende Temperatur als wahre Temperatur des Objektes ermittelt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich« net, daß der Emissionsgrad des Strahlers aus der für das Objekt gefundenen Planck'sehen Kurve als der wahre Emissions-

COPY

grad des Objekts ermittelt wird.
3· Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die der für die Umgebung gefundenen Planck'sehen Kurve entsprechende Temperatur als wahre Temperatur der Umgebung ermittelt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperatur ausschließlich durch Iterationsrechnung ermittelt wird.
5. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, mit einem Spektralradiometer für Strahlungsmessungen in diskreten Wellenlängenbereichen, das einen Modulator aufweist, über den die von dem Objekt ausgehende Strahlung entsprechend den Transmissionsbereichen von zwei (drei) oder mehr Filtern (im Sichtbaren und/oder Infraroten) in dem Modulator auf eine Detektoreinrichtung gelangt, wobei die Ausgangssignale der Detektoreinrichtung über einen Verstärker einem Analog-Digitalwandler zugeführt werden, für welchen eine Taktsteuerung in Abhängigkeit von einer dem Modulator zugeordneten Lichtschranke vorgesehen ist, und bei welcher Vorrichtung zur Durchführung einer Iterationsrechnung ein Mikroprozessor angeschlossen ist, über den ein Anzeigegerät zur Anzeige der tatsächlichen Temperatur, des Emissionsgrades des Objektes und der Umgebungstemperatur betätigbar ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Spektralradiometer neben dem Modulator (M) einen Umlenkspiegel (ULS) aufweist, welcher derart kippbar ist, daß die Strahlung der dem Objekt gegenüberliegenden Umgebung in gleicher Weise wie die Objektstrahlung über den Modulator auf die Detektoreinrichtung (D) gelangt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Umgebungstemperatur durch einen berührungslosen Fühler meßbar ist.
7· Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine Detektoreinrichtung vorgesehen ist, deren Spektralempfindlichkeit Messungen im Bereich der sichtbaren und/oder infraroten Strahlung bis zu einer WeI-lenlänge von etwa Ι4μπι ermöglicht, und daß die Filter (im Sichtbaren und/oder Infraroten) bei diskreten Wellenlängen innerhalb dieses Bereichs durchlässig sind.
8. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch g e k e η η zeichnet, daß das Meßgerät mit einem der Meßgeräteoptik und der Geometrie des Meßobjekts angepaßten Tubus (TUB) oder Gehäuse versehen ist, wodurch thermisch inhomogene Umgebungsstrahlung vom Objekt ferngehalten wird.

- h -COPY